Прокладки
Прокладки в кабельной и электротехнической продукции: классификация, материалы, назначение и стандарты
Прокладки являются неотъемлемым и критически важным элементом в конструкции кабельной продукции, электротехнических устройств и систем энергоснабжения. Их основное функциональное назначение – обеспечение требуемых электрических, механических, термических и эксплуатационных характеристик изделия. Прокладки выполняют роль изоляционных, экранирующих, армирующих, разделительных и герметизирующих компонентов. От корректного выбора материала, конструкции и геометрии прокладки напрямую зависят надежность, безопасность и долговечность конечного продукта.
1. Классификация прокладок по функциональному назначению
Прокладки в электротехнике подразделяются на несколько ключевых типов в зависимости от выполняемой задачи.
1.1. Изоляционные прокладки
Предназначены для создания барьера с высоким электрическим сопротивлением между токоведущими частями, находящимися под разным потенциалом, или между токоведущей частью и землей (корпусом). Требования к диэлектрической прочности, объёмному и поверхностному сопротивлению являются определяющими.
- Межфазные прокладки: Разделяют жилы или проводники разных фаз в многожильных кабелях, обмотках электрических машин, шинных конструкциях.
- Прокладки под заземление: Изолируют крепежные элементы, обеспечивая необходимый зазор.
- Изоляционные шайбы и втулки: Используются при креплении токоведущих шин, выводов аппаратов.
- Фазная изоляция: Основная изоляция жилы, выполняется экструзией из XLPE или EPR.
- Экран по жиле: Полупроводящая прокладка (экран) поверх фазной изоляции для выравнивания электрического поля. Выполняется из сшитого полупроводящего полиэтилена или накладывается в виде ленты.
- Поясная изоляция и заполнение: Межфазное пространство заполняется ВПЭ-элементами или жгутами для придания кабелю круглой формы. Поверх скрученных жил может накладываться поясная изоляция из ПЭТ-лент или крепированной бумаги.
- Экран (металлический): В виде медной или алюминиевой ленты, оплетки или комбинации. Обеспечивает симметрию и защиту.
- Разделительный слой: Прокладка (обычно из ПЭТ-ленты или ПВХ) между металлическим экраном и оболочкой для предотвращения коррозии и механической защиты.
- Индивидуальный экран пары/четверки: Фольга или оплетка вокруг каждой скрученной пары для защиты от перекрестных помех.
- Общий экран кабеля: Ленточный или оплеточный экран поверх всех пар.
- Дренажный провод: Контактирует с экраном для обеспечения непрерывности цепи заземления.
- Разделительные и армирующие нити/ленты: Для сохранения геометрии кабеля.
- Безгалогенные огнестойкие материалы (LSZH): Активное внедрение полимерных композиций, не выделяющих коррозионных и токсичных газов при горении. Критически важны для объектов с массовым пребыванием людей.
- Нанотехнологии: Модификация полимерных матриц нанонаполнителями (глины, кремнезем) для повышения трекинго- и дугостойкости, механической прочности.
- Самовосстанавливающаяся изоляция: Разработка материалов, способных локально «залечивать» мелкие повреждения изоляции под воздействием температуры или других факторов.
- Экологичность: Использование перерабатываемых материалов и разработка биоразлагаемых композиций для снижения экологического следа.
- Повышение термостойкости: Разработка новых сшивающихся и термопластичных композиций для работы при температурах выше +120°C, что актуально для возобновляемой энергетики и электромобильности.
- Термическое старение: Длительное воздействие температур, превышающих допустимую для материала, приводит к потере эластичности, растрескиванию, снижению диэлектрической прочности.
- Электрическое старение: Воздействие частичных разрядов, электрического поля, токов утечки. Особенно критично для кабелей высокого напряжения.
- Механические повреждения: Вибрация, истирание, многократные перегибы, сдавливание.
- Влияние окружающей среды: УФ-излучение, озон, влага, агрессивные химические вещества (масла, кислоты, щелочи).
- Некорректный монтаж: Затяжка крепежа с превышением момента, повреждение прокладки при установке, неправильный выбор геометрии.
1.2. Экранирующие прокладки
Применяются в кабелях и экранированных устройствах для защиты от электромагнитных помех (ЭМП). Обеспечивают симметрирование поля, снижение влияния внешних полей на сигнал и ограничение излучения от самого кабеля. Могут быть выполнены в виде оплеток, фольги, проводящих лент или комбинаций материалов.
1.3. Уплотнительные и герметизирующие прокладки
Обеспечивают защиту внутреннего пространства кабельных муфт, соединительных коробок, клеммных отсеков и корпусов электрооборудования от проникновения влаги, пыли, агрессивных сред. Критически важны для оборудования, работающего на улице или во взрывоопасных зонах.
1.4. Армирующие и демпфирующие прокладки
Выполняют механические функции: повышают стойкость кабеля к растяжению, сжатию, скручиванию (армирование), а также гасят вибрации, предотвращают истирание элементов конструкции друг о друга (демпфирование). Часто используются в качестве заполнителей в многожильных кабелях для придания изделию круглой формы и механической стабильности.
2. Материалы для изготовления прокладок и их свойства
Выбор материала определяется совокупностью требований: рабочим напряжением, температурным режимом, условиями окружающей среды, гибкостью, стойкостью к маслам, химикатам, пламени.
| Материал | Основные свойства | Типовое применение | Температурный диапазон, °C |
|---|---|---|---|
| Сшитый полиэтилен (XLPE) | Высокая диэлектрическая прочность, стойкость к термостарению, хорошие механические свойства. | Изоляция жил силовых кабелей среднего и высокого напряжения, изоляционные прослойки. | от -50 до +90 (кратко до +250) |
| Поливинилхлорид (ПВХ пластикат) | Гибкость, негорючесть, стойкость к маслу и химикатам, хорошие диэлектрические свойства. | Изоляция и оболочка кабелей, уплотнительные и разделительные прокладки в низковольтных устройствах. | от -40 до +70 |
| Этиленпропиленовый каучук (EPR) | Отличная термостойкость, устойчивость к окислению и влаге, высокая гибкость при низких температурах. | Изоляция жил гибких и силовых кабелей, прокладки в условиях повышенных температур. | от -50 до +90 (кратко до +250) |
| Силиконовая резина (SiR) | Исключительная термостойкость и хладостойкость, высокая дугостойкость, гидрофобность, инертность. | Уплотнители, изоляционные прокладки в высокотемпературных и ответственных применениях, медицинском и пищевом оборудовании. | от -60 до +200 (кратко до +300) |
| Фторополимеры (PTFE, FEP, PFA) | Химическая инертность, негорючесть, широкий температурный диапазон, низкий коэффициент трения. | Прокладки в агрессивных средах, высокочастотных кабелях, аэрокосмической отрасли. | от -260 до +260 (PTFE) |
| Бумага, пропитанная маслом или массой | Хорошие диэлектрические свойства в пропитанном состоянии, исторически проверенный материал. | Изоляция жил в кабелях высокого напряжения маслонаполненного типа. | Зависит от пропитки |
| Полиэтилентерефталат (ПЭТ, лавсан, майлар) | Высокая механическая прочность на разрыв, стабильность размеров, хорошие диэлектрические свойства. | Каркасные, разделительные и армирующие ленты в кабелях, межслойная изоляция. | от -60 до +130 |
| Пено- или вспененный полиэтилен (ВПЭ) | Легкий, обладает хорошими демпфирующими и теплоизоляционными свойствами. | Заполнители в кабелях, демпфирующие прокладки. | от -80 до +105 |
| Металлизированные пленки и ленты (алюминий, медь) | Электропроводность, экранирующие свойства, барьер для влаги и газов. | Экраны в кабелях связи и силовых кабелях, антикоррозийные барьеры. | Зависит от основы |
3. Конструктивное исполнение и применение в кабельной продукции
3.1. В силовых кабелях
В силовых кабелях на напряжение от 1 кВ и выше прокладки являются ключевыми элементами конструкции.
3.2. В кабелях связи и управления
Акцент делается на экранировании и защите от помех.
3.3. В монтажных проводах и шнурах
Используются преимущественно изоляционные и защитные прокладки: межжильная изоляция, оплетка из нитей для повышения механической прочности, разделительная обмотка между изоляцией и оболочкой.
4. Стандартизация и контроль качества
Качество и характеристики прокладок регламентируются национальными и международными стандартами. В РФ это серия ГОСТов, в ЕС – гармонизированные стандарты EN, на международном уровне – IEC.
| Область регулирования | Примеры стандартов | Что нормируют |
|---|---|---|
| Материалы для изоляции и оболочек | ГОСТ 6323-79 (ПВХ пластикат), ГОСТ 15139-69 (Полиэтилен), IEC 60245 (Резиновая изоляция), IEC 60227 (ПВХ изоляция) | Электрическая прочность, удельное сопротивление, механические свойства (прочность на разрыв, относительное удлинение), термостойкость, стойкость к растрескиванию. |
| Конструкция кабелей | ГОСТ 31996-2012 (Кабели силовые с пластмассовой изоляцией), IEC 60502-1, -2, IEC 60228 (Проводники) | Толщины изоляции и оболочек, требования к экранам, заполнителям, маркировке. |
| Испытания | ГОСТ Р МЭК 60811 (Общие методы испытаний), IEC 60332 (Испытания на горение) | Методики проверки электрических, механических, термических и противопожарных характеристик материалов и готовых изделий. |
| Экранирование | ГОСТ Р 53769-2010 (Экраны кабельные), IEC 61196 (Коаксиальные кабели) | Эффективность экранирования, поверхностное сопротивление, конструкция экранов. |
Контроль качества включает входной контроль материалов, операционный контроль в процессе производства (измерение толщин, контроль диэлектрической прочности на ступеньке) и приемо-сдаточные испытания готового кабеля (испытание повышенным напряжением, измерение емкости, сопротивления изоляции).
5. Тенденции и инновации в области прокладочных материалов
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В1. Чем принципиально отличается изоляция XLPE от EPR в силовых кабелях?
XLPE (сшитый полиэтилен) обладает более высокой диэлектрической прочностью и меньшими диэлектрическими потерями, что делает его предпочтительным для кабелей на напряжение от 6 кВ и выше. EPR (этиленпропиленовый каучук) имеет лучшую гибкость, стойкость к многократным изгибам, более высокую устойчивость к частичным разрядам и влаге, а также лучшие показатели при низких температурах. EPR часто выбирают для гибких применений, кабелей для частых перемещений и в условиях повышенной влажности.
В2. Когда необходимо использовать двойной экран (фольга + оплетка) в кабелях связи?
Комбинированный экран (ASTP) применяется в условиях сильных электромагнитных помех (промышленные цеха, близость силовых линий), а также для обеспечения высокой механической прочности экрана при частых изгибах и подвижках кабеля. Оплетка обеспечивает хорошее подавление низкочастотных помех и механическую защиту фольги, в то время как фольга дает 100% покрытие по всей длине для защиты от высокочастотных помех.
В3. Как правильно выбрать толщину изоляционной прокладки (например, в шинопроводе)?
Толщина выбирается на основе трех ключевых параметров: номинального и импульсного напряжения (с учетом запаса), условий окружающей среды (температура, наличие влаги, УФ-излучение) и механических требований (давление в месте контакта, вибрации). Основой для расчета являются требования стандартов (например, ГОСТ Р МЭК 61439 для сборных шинопроводов) и рекомендации производителя материала. Обязательно учитывается класс изоляции (функциональная, основная, двойная, усиленная).
В4. Каковы основные причины старения и выхода из строя прокладочных материалов?
В5. В чем преимущества силиконовых уплотнительных прокладок перед резиновыми?
Силиконовая резина сохраняет эластичность в более широком температурном диапазоне (от -60°C до +200°C и выше), обладает высокой устойчивостью к озону и УФ-излучению, является физиологически инертной и гидрофобной. Она не содержит пластификаторов, которые могут мигрировать, вызывая старение. Обычные резины (на основе EPDM, NBR) могут иметь лучшую стойкость к определенным маслам и топливам, но уступают в термо- и хладостойкости.
В6. Как оценить качество экранирующей прокладки (экрана) кабеля?
Качество оценивается по нескольким параметрам: поверхностное сопротивление (должно быть минимальным), эффективность экранирования (измеряется в дБ по стандартам, например, MIL-STD-1344A или EN 50289-1-6), конструктивная целостность (плотность оплетки, отсутствие разрывов фольги), а также надежность контакта дренажного провода с экраном. Для силовых кабелей также проверяется сопротивление экрана постоянному току.